JPS6062055A - 質量分析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、従来の質量分析系の後段に電場と重畳場！Ｉ
ｍ分析系をイ４加した、所謂ＭＳ／ＭＳ装誼に関づる。

（従来技術」 近時、従）ｌ（の質量分ｌｉ系例えば°電場と磁場を組
合わせた二重収束賀Ｉｕ分析系の後段に、更に第２の質
量分析系を配置した所謂ＭＳ／ＭＳ装買が注［１されて
いる。このＭＳ／ＭＳ装置では、第１の？１１量分析系
によって精度良く選別した特定の前駆（親）イオンをイ
オン通路−Ｌに配置賀した衝突室内Ｃ中性分子と衝突さ
せることにより解離さμ、生じた娘イオンを第２の質量
分析系へ導入し、該第２の質量分析系によ・り娘イオン
の質量及び又はエネルギーを測定しようとする：ｂので
ある。

これまで、この第２の質Ｏ分析系として電場あるいは磁
場を用いることが提案されＣいる。１ところが、電場を
用いるものでは娘イオンのエネルギーしか測定でさｆ質
量はそれから換締するのｒ：″質１１分解能が悲くなる
のは避りられない。又、磁場を用いるものでは逆に娘イ
オンの貿都しか測定ぐさり゛エネルギーはそれから換ｆ
ｆ−Ｊるので分解能か悪く、どちらも一長一短がある。

そこで本発明者は先に、第１図に示すように、第２の質
量分析系どして電場と磁場が重畳された所謂重畳場質量
分析系を用いることを提案した。第１図において１はイ
オン化室、主スリッ］へ等から成るイΔン源、２は電場
３、磁場４から成る従来の二重収束質量分析ｈ１．５は
該二重収束質量分析計２によるイオン収束位置に置かれ
た衝突室、６は該衝突室で生じた娘イオンが導入される
重畳場質量分析削、７は該重畳場質量分析４Ｇを通過し
たイオンを検出するイオン検出器である。上記重畳楊質
圏分析４ＧにＪ３いて、同心円筒電極８，８′間に形成
される電場と磁極９．９’　（９’　は紙面の上になり
図示されない）間に形成される磁場とが重畳されている
。重畳場質ｍ分析Ｓ１を用いると、高質量領域までａｔ
１１定でさると同１１）に、娘イオンのエネルギーと質
量の双方共直接測定できるという特徴があり、重ＦＡ揚
の回転半径が小さくてし良いので、装置を小形化できる
というメリットも持っている。

ところが、Ｌ述の如くｍ畳揚賀ｍ分析ｎ１を用いるとエ
ネルギーと質ｊｉの双方共測定できるスリン１〜がある
ものの、（ｑられる分解能に関しては電場あるいは磁場
を単独に用いるものに比べ若干低下してしまい、重畳場
を用いることによるスリン１〜はそれ程ない。

［発明の構成］ 本発明はこの点に鑑みてなされたものであり、重畳場の
前に電場を付加し、更に該電場と重畳場との間の中間収
束点又はその近傍にスリン１〜を設けることにより、分
解能を大幅に向」−させることのできるＭＳ／ＭＳ装胃
を提供りることを目的とＪるものである。切下、図面を
用いて本発明を訂説する。

［実施例１ ４１２図は本発明を実施したＭ　’Ｓ　／　Ｍ　Ｓ装置
の構成を示す図であり、衝突室５の前段の二重収束質量
分析ム１２は第１図と同様であるので省略しである。図
においで１１は二重収束質ｆｉｊ分析ｉｔ　２にＪ：る
イオン収束位置に置かれた中間スリン１〜で、該スリッ
ト１１を通過したイオン１よ、その直後に配置されてい
るｈ大全５へ大剣Ｊる。該衝突室５にｄ３いて生成され
た娘イオンは、その後方に配置された同心円筒電極１２
．１２’　間に形成される電場へ入射し、該電場により
第２中間スリット１３の位置へ収束される。該スリット
１３を通過したイオンは紙面に垂直な方向の磁場を作成
りるための磁極１４ｉ４’及び該磁場と直交覆る方向の
電場を作成゛りるための１対の同心円筒電極１５゜１５
′から成る重畳揚質聞分析語１６へ入射した後、イオン
検出器１７へ入射しで検出される。墾検出器１７から杓
られた検出信号は、増幅器１８゜Ａ−Ｄ変換器１９を介
してコンピュータを有づ゛る信号処理装置２０へ送られ
て記憶され、処理される。２１．２２は前記電極１２．
１２’　間、１５゜１５′間に夫々印加づる電圧（電場
電圧）を発生づるための電場電源、２３はＩ極′１４．
１４’を励磁ＪるｌＣめの励磁電源である。

第３図は第２図におけるＡ−へ断面図を示し、磁極１４
．１４’間には電極１５．１５’　を上下から挟むよう
に一対の検出プレー１−と呼ばれる補助電極２４が設り
られ、該補助電極２４には、電源２２から電極２２．２
２’間に印加される電圧と２乗関係にある電圧が電源２
５から供給される。

この補助電極２４は、質量数掃引に伴なって発生する重
畳場の焦熱距離の変化−を１」消づために用いられてい
る。即ち、上記重畳揚質損分析計の質量数掃引は、磁場
強度を固定して電場の強僚を掃引づ゛ることによって行
われるが、このような電場（吊用を行うと、重畳場の焦
点距離が掃引に従って変化し、イオン検出器１７ヘイＡ
ンが収束しないようになってしまうが、本実施例では、
上記補助電（飼２４に電場電圧の２乗に対応りる電圧を
印加することによりトロイダル電場の定ｖＩＣを変化さ
せて焦点距離の変化を打潤し、常に４イオン検出器′１
７の位首ヘイオンが収束Ｊるにうに補正している。

上述の如き構成を持つ装置の定性的な動作説明を？ｊう
。二市収束貿吊分ｉｉ　ｉｌｌ　２にＪ、つ゛（買司電
伺比に応じた分散を受１］、中冊スリツ１〜１１の位置
にスペクトルとして展間された親イオンは、そのうちの
特定の質量を持ったイオンだけが中間スリン１−１１を
通過して衝突室５へ入用し、中性ガス分子と衝突り“る
。この衝突によって親イオンが解裂して派生した娘イオ
ンは、電極１２．１２’間に形成される電場へ入射し−
Ｃエネルギーに応じた分散を受り、第２中間スリット１
３の位置ヘスペタ１〜ルとして展開される。従って、特
定の」エネルギーを持った娘イオンのみが該第２中間ス
リッ１へ１３を通過でき、該スリン１−を通過した娘イ
オンは重畳場質量分析計１６へ入射して質量電荷比Ｍ／
２に応じた分散を受（Ｊ１イＡン検出器１７の前面に置
かれた］レクタスリット位置へスペクトルとして展開さ
れる。そして、該コレクタスリン１〜を通過した特定の
Ｍ／ｚを持つ娘イオンのみがイオン検出器１７へ入射し
て検出され、重畳場質量分析計１６を掃引づ−ることに
より、娘イオンのスペクトルを得ることができる。

本発明では、このように従来の質量分析計に電場と重畳
場質量分析計を単に接続Ｊるだりてなく、電場と重畳場
質ｍ分析訓の間の中間収束点に第２中間スリッ１へ１３
を配直し、特定の１ネルギーを持った娘イオンだりを重
畳場へ入射させることにｊ、す、高分解能を拐でいる。

以−１・に、本発明にがかる装置で高分解能が得られる
ことを、第１図に示すように重畳場質量分析８１だりを
接続した場合及び、電場と重畳場質量分析ｉ１を接続リ
−るが中間スリット１３を配置しない場合とス・］比さ
せて説明り　る。

最初に、第１図に示Ｊ−重畳ＪＪｉ！賀昂分析計だ（プ
を接続した場合について考察する。今、エネルギー［０
，′ＪＵｉｍｍｏを持つ親イオンＩＴＩ　Ｑ＋が上式で
示される壊れ方をし、ＣヨニネルギーＥ１＝ｒｒｌ＋Ｅ
Ｏ／ｒＴｌ　ｏを持つ娘イオンｍ１＋が派生Ｊるものと
し、これを中心軸ビームとして考える。

ｍ（、”　＝ｍ、　”　＋（ｍ、）　−ｒＴｌ＋　＞・
（１）そして、更に下式で承りようにｍ、十と質量ｒｎ
　２及びエネルギー「２が極くわずか異なる娘イオン「
■１２＋を考える。

ｍ２＝ＩＴｌ＋　（１＋γ）　・・・（２）γくく１　
・・・（３） Ｅ２＝Ｅ１　（１＋δ）　・・・（４）δ〈〈１　・・
・（５） 即ら、中心ビームから質量分散γ、］−ネネル−９散δ
の娘イオンを考え、そのイオン軌道をめる。

そのさい、軌道１粋の独立変数として、娘イオンｒＴｌ
　２＋の内部ニ［ネルギー幅に対応Ｊるδ１を仮定りる
。ａｔは下式で表わされる。

δ−γ＋δｔ　・・・（６） ここぐ、イオン収束位置即ちイオン検出器位置での、ｒ
ｒ１２＋の中心ビームｍ、十からのずれ（距離）をｂｌ
“とりると、ｂｌ“は五式で表わされる。

ｂｌ“−−ｂ１′×１＋ ａｔ　（１＋ｘｉ　、）’７／Ｋｌ　２−１−ａｔ　（
１＋Ｘ１　）（１−ａｔ　／２ａｍ　）δｔ／に１２　
・・・　（７） 上式にδ３いて、ｂ１′は主スリッ１〜の幅、ａｉは重
畳場におりるイオンの回転半径、Ｋ１は重畳場にお【ノ
る像倍率、Ｋ１は重畳場の定数、ａｍは重畳場にδ３い
−ｒｔ４１場のみが存在した時のイオンの回転半径を夫
々示Ｊ。

１１１１、＃−メ、今ＸＴ−＝−Ｉ　Ｋ１　＝ｌ　ｂ１
′　＝Ｏど仮定すると、（７）式は下式の通り簡単化さ
れる。

ｂｌ“＝２ａ１γ十 ２ａ＋　（１−ａｌ　／２ａｌｌｌ　）　ａｔ　・　（
８）上式の右辺第１項はγによる分離に対応し、第２項
はエネルギー幅δｔによるビームの広がりに対応づる。

分解能Ｒはｍ□＋と口１２＋の分離Ｉ　ｂ　１”の限界
値〈０）においてＲ＝１／γとし−（あたえられるから
、（８）式を一〇とあい−Ｃ下式が得られ、２ａ＋　７
＋２８＋　（１−８１／２ａｍ　’）δ１＝０・・・（
９） 更に分Ｍ能１でが一ト式でｈえられる。

Ｒ−１／γ−１／δＬ　（１−ａｔ　／２ａｍ　）・・
・（１０） 次に、重畳場質ｍ分析６１の前段に電場を配置し、その
間に中間スリットを設【ノない場合について、上記と全
く同様の仮定に従い、イオン検出器の位１バにδ３りる
「丁１２＋の中心ビームｒＴｌ　、十からのずれ（距離
）６２“をめると、（８）式に対応づる下式が得られる
。

δ２“−２（ａｔ　−８２）γ＋ ２　（ａｔ　−ａｚ　−ａｔ　２　／２ａｍ　）　ａｔ
・・・　（１１） （１１）式において、８２は電場におりるイオン回転半
径である。

−Ｆ記と同様にして、分解能［くは下式で勾えられる。

Ｒ＝１／Ｖ＝　（１／δｔ　）（ａｔ−ａｚ）／（ａ　
１−　ａ　２−　ａ　ｔ　／　２　ａ　’ｎｌ　）・・
・（１２）次に、中間スリブ１−１３を設（）た本発明
にかかる装置について、上記と全く同様の仮定に従い、
イオン検出器１７の位置におりるｒＴＩ　２＋の中心ビ
ームｒＴｌ　、十からのｆれ（距１　ｂ２“をめると、
（８）弐及び（１１）式に対応−りる下式が得られる。

ｂ２”−ａｚ　２７　／　ａｌｌｌ　＋Ｓｉ　（ａｔ　
／ａ２）（１−ａｔ　／２ａｍ　−ａ２／ａ１）　・・
・（１３） ここで、Ｓｌ、は中間スリット１３のスリット幅である
。そして、上記と同様に、分解能Ｒは下式％式％ ） ） ） 上記（１０）、（１２＞、（１４）式を比べることによ
り、各ケースで得られる分解能を比較りることができる
。（１０）式と（１２）式を比べると、（ａｔ　８２）
＝１の１１．１両者の分Ｖｆｉ　ｆｉｔ：は等しくなり
、しかも（１−２）式にｄ３いて、（ａｔ　−Ｅ１２）
の項は分母と分子のバカに入っているのぐ、（ａｔ−８
２）の値が変わっても分解能の値はく１０）式と大差な
く、従っＣ１電場と重畳場質量分析計を接続しても、中
間スリブ１〜１３を挿入しな（）れば、単に小畳場質量
分析泪のみを接続したしのと大差ない分解能しか得られ
ないことが分る。

一方、（１／ｌ）式を見ると、分ＢＪに中間スリブ１〜
のスリット幅Ｓｉの項が入っており、３ｉを小さくりる
ことにＪζす、分解能Ｒを極めて人きく゛りることがｉ
す能である。

第４図はａｉ　＝　４５ｃｍ、回転角９０°の重畳場質
量分析計のみを接続した場合（■）、更にａｚ−１２，
７５ｃｍ、回転角９０°の１ｉｆｆ揚を接続し、イの中
間収束点にスリット幅ｉ、Ｑｍｍの中間スリブＩ−を配
置した場合（ＩＩ）と、スーツ１〜幅０．５ｍｍの中間
スリブ１−を配置した場合（Ｉ［［）について、実用範
囲である０、９≦ａｔ／ａｍ≦０．５＋７）ｆＵ囲で得
られる分解能を計粋した結果をプｌ」ツ１へしたもので
ある。第４図から、本発明によって極めで晶い分解能が
Ｉられることが分る。スリッＩ−幅を更に狭めれば、分
解能を更に高めることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の提案装置の構成を承り図、第２図は本発
明の一実施例の構成を示り°図、第３図は第２図におり
る八−Ａｌｌｉ面図、第４図は得られる分解能を比較り
るための図である。 １：イオン源、２：二重収東賀量分析ム１．５：衝突室
、１１，１３：中間スリブＩ〜、１２、１２’　、　１
５．１５’　、：ｌｒｉ］心因筒電極、１４．１４’　
：磁極、１６：■畳揚質酊分析計、゛１７：イオン検出
器、２１．２２：電場電源、２３：励磁電源、２４：補
助電極、２５：電源。 １ｊＩ許出願人 口本電子株式会社 代表者　伊藤−夫 靜ｌ＋龍 ／〜 ノ θ、？　Ｏ「　ρ７０．６− ■ 〆１ ンＳａ？ｎ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオン源と、該イオン源で生成されたイΔンが導入され
   る質量分析系と、該質量分析系を通過したイオンを検出
   りるためのイオン検出器と、該イオン検出器と１１０記
   質■分析系との１１Ａ１に配置される重畳場質量分析系
   と、該重畳場質量分析系と前記質量分析系と−り間に配
   置される電場とを備え、上記電場と重畳場質Ｗ分析系と
   の間の中間収束点にスリン１−を配置りるＪ：うにした
   ことを特徴とする質吊分析装δ。